[发明专利]一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法

说明书

本发明属于行波管电子枪领域，涉及一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法。首先增大阳极电压，根据阳极电压调节阴极半径，使阴极发射电流达到设计要求；然后增大阴极半径与阴极曲率半径的比值来降低热初速效应的影响。阳极电压和阴极形状的改变会导致电子注参数的变化，通过调节阳极与阴极间以及控制极与阴极间的距离来是电子注的参数达到要求。这样就能在保证电子枪计算参数满足需求的情况下，把已经设计出的电子枪优化成热初速效应较小的电子枪，从而提高电子枪设计与加工装配之间的吻合度。

技术领域

本发明属于行波管电子枪领域，涉及一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法。

背景技术

行波管是一种利用电子注与微波信号发生相互作用来实现微波放大功能的微波电子真空器件，由于其具有高输出功率、高效率、宽频带的特点被广泛用于雷达、电子对抗、毫米波通信等领域。电子枪作为行波管电子注发射和成形的重要组成部件直接影响着整个行波管的性能。

电子枪中阴极发射是影响电子注质量的关键因素，而阴极发射系统中的热初速效应会引起电子注发散、层流性变差、射程降低等影响，这种影响在低导流系数电子枪中尤为明显，例如Ka波段行波管中的低导流系数的电子枪，若不考虑热初速效应的影响，就很难达到行波管的准确设计，导致在实际测试中磁聚焦系统无法对电子注进行聚焦，从而使部分电子打到阳极壁或螺旋线上，严重影响行波管的寿命。

阴极发射产生的热初速效应是由于电子在阴极面发射的速度方向不垂直于发射面，进而引起电子轨迹的偏离。目前，电子枪热阴极发射模型通常采用宏电子发射模型，宏电子是大量电子的整体效应，它描述了一小块阴极面上发射出来的电子状态。宏电子热初速的计算模型需要考虑了宏电子的能量分布、发射角度分布等参数。

现有的宏电子热初速发射模型的模拟结果与实际热发射物理过程之间仍有很大差距，究其原因就是现有的热发射模型仍不够准确。现有设计人员在考虑电子热初速影响时设计电子枪，其设计结果和实际物理过程的误差很大，不准确；设计结果的准确度很大程度上依赖于设计人员的经验，仅能作为一个初略的参考。因此现有设计人员考虑电子热初速的影响来设计电子枪时的可靠性差。

能够有效抑制热初速效应的电子枪的电子注参数更接近实际物理状态，这对于后续的高频系统的设计也具有重要的参考价值。热初速效应抑制方法将可以使行波管的设计更准确，使得设计与加工装配之间有更高的吻合度。因此急需一种更准确的考虑电子热初速影响的电子枪设计方法。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决电子枪在在仿真计算中因热初速效应造成的误差，在保证电子注参数不变的情况下，设计出热初速效应相对影响比较小的电子枪，从而保证设计与加工装配之间有更高的吻合度；本发明提供了一种行波管电子枪中热初速效应的抑制方法。

技术方案如下：

步骤1、增大球面阴极轴对称电子枪的阳极电压：

阳极电压越大热初速对电子枪的影响越小，由于电子枪中电源的限制，阳极电压不应增大太多，变化量在0～20％的范围内。

步骤2、增大阴极半径与阴极曲率半径的比值，变化范围40％-60％：

由于阴极半径与阴极曲率半径的比值越大热初速效应对电子枪的影响越小，由于在步骤1中阳极电压的增大会导致阴极发射电流的增大，通过减小阴极发射面积从而减小发射电流，即减小阴极曲率半径来减小热初速效应的影响。阴极半径与阴极曲率半径的比值增大范围太小，热初速效应抑制不明显，范围太大会导致电子注在阳极通道前汇聚导致层流性变差。

增大阴极半径与阴极曲率半径的比值的具体方法为：

1.扫描阴极半径，根据阴极发射电流确定优化后的阴极半径r_k′的大小；